一种耦合熔盐储热的混合型压缩空气储能系统以及方法与流程

本申请涉及储能，尤其涉及一种耦合熔盐储热的混合型压缩空气储能系统以及方法。

背景技术：

1、目前火电机组通过调节优化挖掘机组的调峰能力，火电机组的最低安全稳定运行负荷可降至40％左右，为进一步提高火电机组调峰能力和系统运行的安全性，并进一步拓宽机组调峰范围，提高机组运行的灵活性，可以通过储能提升火电机组的调峰能力、使出力曲线更加平滑，其中利用蒸汽转化为电能后再进行蓄能会造成大量能源浪费，而采用蓄电池、压缩空气储能等储能技术方式相对不成熟，存在着投资高和安全性差等缺点。

2、对于压缩空气储能技术，储气室作为关键的设置，其存储的容积如要匹配具有较高调峰能力的火电机组需要较大的修筑体积，如何确定其选址区域，且根据地质属性，统一区域可能会有不同的地质属性，需要对选址区域进行强度的统一修整以及规划，具有较大的投入经费，相关技术中对分布式的储气室进行了研究，分布式的多个储气室虽然可进行多区分布，可对地质属性合格的区域进行分散式挑选，但是其中的控制方式以及建设投资成本也是较大的，因此，如何在建设投资成本较小的情况下匹配具有较高调峰能力的火电机组，并提升单位质量工质的发电能力是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本申请的目的在于提出一种耦合熔盐储热的混合型压缩空气储能系统以及方法，通过熔盐储能组件将部分储存的电能转化为高品位热能，进一步提升透平组件入口的压缩空气的做功温度，从而提升单位质量工质的发电能力，降低储气库体积约40％达到降低系统初投资成本的目的。

3、为达到上述目的，根据本申请的第一个方面提出了一种耦合熔盐储热的混合型压缩空气储能系统，包括

4、熔盐储能组件；其包括低温熔盐罐、加热器、高温熔盐罐、多级热交换器依次连接组成的熔盐循环回路；所述低温熔盐罐和所述高温熔盐罐中分别容置有不同温度的熔盐；

5、压缩空气组件，包括依次串联的低压压缩机和多级高压压缩机以及储气室；其中所述高压压缩机的出口连接所述储气室；所述储气室的出口连接所述透平组件；

6、透平组件，其包括串联的多级透平机，且所述透平机与所述热交换器换热连接；

7、低温蓄热组件，其与所述压缩空气组件换热连接，用于在不同工况下回收所述压缩空气组件中的热量或向所述压缩空气组件释放热量。

8、在一些实施例中，所述低压压缩机与所述低温蓄热组件换热连接，利用所述低温蓄热组件将所述低压压缩机出口压缩空气的热量回收。

9、在一些实施例中，多级所述高压压缩机为相互串联的等温压缩机且所述高压压缩机的出口排气直接冷却，相邻的所述高压压缩机的级间温度控制在40℃以下。

10、在一些实施例中，低温蓄热组件包括低温介质罐、一级换热器、高温介质罐、二级换热器依次连接组成的介质换热回路；所述低温介质罐和所述高温介质罐中分别容置有不同温度的换热介质；所述一级换热器的热侧两端分别连接所述低压压缩机的出口和所述高压压缩机的进口；所述二级换热器的热侧两端分别连接所述储气室和所述热交换器连接。

11、在一些实施例中，多级所述热交换器包括一级熔盐换热器和二级熔盐换热器；其中高温熔盐罐的出口、所述一级熔盐换热器的热侧、所述二级熔盐换热器的热侧和所述低温熔盐罐的进口依次连接。

12、在一些实施例中，多级所述透平机包括低压透平机和高压透平机；其中所述储气室输出的压缩空气经过所述低温蓄热组件升温后依次通过所述一级熔盐换热器的冷侧、所述一级熔盐换热器的冷侧、所述高压透平机、所述二级熔盐换热器的冷侧、所述低压透平机。

13、在一些实施例中，所述加热器为光热加热器。

14、根据本申请的第二个方面提出了一种耦合熔盐储热的混合型压缩空气储能方法，利用上述任一实施例中所述的系统进行储能；包括以下过程：

15、储能阶段：空气经过低压压缩机和多级高压压缩机逐级压缩，并通过低温蓄热组件回收所述低压压缩机出口的压缩空气热量，将热量存储；所述高压压缩机输出的压缩空气冷却后存储在储气室中；同时低温熔盐罐输出低温熔盐经过加热器加热为高温熔盐后存储在高温熔盐罐，所述高温熔盐罐内通过电加热将其中的熔盐温度提至560℃以上；

16、释能阶段：将所述储气室输出的压缩空气依次经过所述低温蓄热组件预热，并利用高温熔盐罐输出高温熔盐至所述热交换器，将压缩空气进一步加热至540℃以上高压透平做功，透平排气再利用所述热交换器提升温度后低压透平做功。

17、在一些实施例中，在每级所述高压压缩机出口的压缩空气通过冷却水降温用以将级间温度控制在40℃以下，每级所述高压压缩机出口的压缩空气的温度控制在110℃以下。

18、在一些实施例中，释能阶段所述储气室输出的压缩空气经过所述低温蓄热组件预热至260℃以上，并利用高温熔盐罐输出高温熔盐至所述热交换器，将压缩空气进一步加热至540℃以上。

19、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种耦合熔盐储热的混合型压缩空气储能系统，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述低压压缩机与所述低温蓄热组件换热连接，利用所述低温蓄热组件回收所述低压压缩机出口的压缩空气中的热量。

3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，多级所述高压压缩机为相互串联的等温压缩机且所述高压压缩机的出口排气直接冷却，所述高压压缩机的级间温度控制在40℃以下。

4.根据权利要求2或3所述的储能系统，其特征在于，低温蓄热组件包括低温介质罐、一级换热器、高温介质罐、二级换热器依次连接组成的介质换热回路；所述低温介质罐和所述高温介质罐中分别容置有不同温度的换热介质；所述一级换热器的热侧两端分别连接所述低压压缩机的出口和所述高压压缩机的进口；所述二级换热器的热侧两端分别连接所述储气室和所述热交换器。

5.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，多级所述热交换器包括一级熔盐换热器和二级熔盐换热器；其中所述高温熔盐罐的出口、所述一级熔盐换热器的热侧、所述二级熔盐换热器的热侧和所述低温熔盐罐的进口依次连接。

6.根据权利要求5所述的储能系统，其特征在于，多级所述透平机包括低压透平机和高压透平机；其中所述储气室输出的压缩空气经过所述低温蓄热组件升温后依次通过所述一级熔盐换热器的冷侧、所述高压透平机、所述二级熔盐换热器的冷侧、所述低压透平机。

7.根据权利要求6所述的储能系统，其特征在于，所述加热器为光热加热器。

8.一种耦合熔盐储热的混合型压缩空气储能方法，其特征在于，利用权利要求1-7中任一所述的系统进行储能；包括以下过程：

9.根据权利要求8所述的储能方法，其特征在于，在每级所述高压压缩机出口的压缩空气通过冷却水降温用以将级间温度控制在40℃以下，每级所述高压压缩机出口的压缩空气的温度控制在110℃以下。

10.根据权利要求8所述的储能方法，其特征在于，释能阶段所述储气室输出的压缩空气经过所述低温蓄热组件预热至260℃以上，并利用高温熔盐罐输出高温熔盐至所述热交换器，将压缩空气进一步加热至540℃以上。

技术总结本申请提出一种耦合熔盐储热的混合型压缩空气储能系统以及方法，其中系统包括熔盐储能组件，其包括低温熔盐罐、加热器、高温熔盐罐、多级热交换器依次连接组成的熔盐循环回路；压缩空气组件包括依次串联的低压压缩机和多级高压压缩机以及储气室；其中高压压缩机的出口连接储气室；储气室的出口连接透平组件；透平组件包括串联的多级透平机，且透平机与热交换器换热连接；低温蓄热组件与压缩空气组件换热连接。本申请通过熔盐储能组件将部分储存的电能转化为高品位热能，进一步提升透平组件入口的压缩空气的做功温度，从而提升单位质量工质的发电能力，降低储气库体积约40％达到降低系统初投资成本的目的。技术研发人员：赵瀚辰,韩伟,陆续,宋晓辉,梁舒婷,寇攀高,杨晓,张可臻,张顺奇,聂思聪,郝博瑜受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13